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1、集成电子技术基础教程,第一篇 电子器件基础,与电路原理课程接轨首先从常用电路元件（如开关、电阻、电源等）的伏安特性开始，逐步引入电子器件的伏安特性，从理想的元器件到实际的实物器件。然后用电路原理课程中学到的分析、处理、计算电路的方法具体应用到电子电路上来。 掌握电子电路的特殊情况如一个非理想的器件是有电参数要求的（温度，电流、电压、功率容量，特性的非线性，使用频率高低、误差大小等等）。,本篇目的,电路：,是由若干电气元件相互连接构成的电流通路。,功能：,是处理电能与电信号（转换、传输、产生、存储）的。,电子电路：,局限于由电子元器件连接成的电路，功能实现电信号的处理（放大、转换、传输、产生、存
2、储）。,所以，电子技术是电路原理课程的延伸，它必定用电路原理课程中的概念，手段和方法来处理电子电路中的一切问题。 只要把电子技术中的一些特殊性掌握好，学习电子技术课程就迎刃而解了。,电子技术,发展简述,分类方式,发展趋势,课程内容,电子技术方面的专业基础课程；,主要研究半导体器件及其电路的性能、分析方法和应用；,第一篇、第二篇；,学习特点及要求：注重理论的规律性及分析方法、 注重实践动手能力。,成绩评定、参考文献。,1.1.0 概述,基本电子器件,无源器件：,分立（DISCRETE）半导体器件,电阻/电容/电感,二极管/三极管/场效应管,电子器件的基本电气特性,电压特性,电流特性,速度特性,伏
3、安特性（V-I）,1.1.1 常用电路元件的伏安特性,开关的V-I特性,安全工作区：,过压/过流/过热,线性电阻的V-I特性,安全工作区：,过压/过流/过热,指标特性：,线性性/T特性,电压/流源的V-I特性,电压/流源的V-I特性,*所有源都有一定的内阻（能量有限）*,受控电流源,电流控制电流源、电压控制电流源,1.2.1 半导体材料与PN结,一、半导体,导电能力介于导体和绝缘体之间的物质；,导电能力可变（受温度、掺杂浓度、光照等影响）；,自然界中的半导体材料： 硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。,电子技术发展到今天这样的水平，首先要归功于半导体材料的发现和半导体器件制造工艺的不断
4、完善。 无论是制造单个半导体器件，还是制造大规模集成电路，都需要用半导体材料作为芯片，并且都以PN结作为器件的核心。,二、半导体分类,本征半导体,（不含任何杂质的半导体）,原子结构图,简化模型,共价键、价电子,热（本征）激发： 电子、空穴对,载流子,空穴和电子浓度,温度特性,热力学温度零度和 无外界能量激发的条件下： 本征半导体 = 绝缘体,复合,杂质半导体（掺入杂质的半导体）,N型半导体,掺5价元素（磷、砷等）,多子（施主原子）：电子,少（数载流子）子：空穴,P型半导体,掺3价元素（硼、镓等）,多子（受主原子）：空穴,少（数载流子）子：电子,杂质半导体特性,少子浓度取决于本征激发/复合；多子
5、浓度取决于掺杂。,导电能力由多子浓度决定。,两种载流子的浓度之积为常数，与掺杂程度无关。（说明在半导体中，掺入杂质越多，少子越少。）,载流子的定向运动,漂移运动,外电场作用下的定向运动；,空穴顺电场方向运动， 电子逆电场方向运动；,扩散运动,半导体内部载流子浓度差 引起的定向运动；,载流子由浓度高的区域向 浓度低的区域扩散。,三、PN结,PN结形成的前提,两种不同类型的杂质半导体组合，则在交界面附近形成空间电荷层，称为PN结。,PN结形成的步骤,N区和P区存在着多数载流子的浓度差， 产生扩散运动；,形成了空间电荷层和内电场；,内电场阻碍多子的扩散运动， 有利于少子的漂移运动；,扩散运动、漂移运
6、动达到动态平衡。,PN结的其它名词定义,不对称PN结,PN结的单向导电性,外加正向电压,外电场与内电场方向相反；,多子扩散运动增强， 少子漂移运动可忽略；,PN结变窄，内电场下降； 正向电流 扩散电流；,对外呈现低阻；,外电流的外控作用强，温控作用弱。,外加反向电压,外电场与内电场方向相同；,多子扩散运动大大减少， 少子漂移运动占优；,PN结变厚，内电场增强； 正向电流 漂移电流；,对外呈现高阻；,外电流的温控作用强。,PN结具单向导电性,常温下：T=300K，VT =26mv,PN结的伏安特性,正向特性,反向特性,温度对伏安特性的影响,反偏电压超过反向击穿电压VBR ；,反向电流将急剧增大；
7、,反向电压值VZ却增加很少；,反向电流的增加不加以限制，PN结将迅速烧坏；,PN结的击穿特性,1.2.2 半导体二极管1.1.2 半导体二级管的伏安特性及其模型,半导体二极管简称二极管；,由一个PN结加上相应的电极引线和管壳封装而成；,电路符号：,按结构分类：点接触型、面接触型、平面型；,按材料分类：锗二极管、硅二极管。,死区,恒压区*,截止区 反向击穿区,二极管的伏安特性,常温下：T=300K，VT =26mv,温度特性,截止：二极管反偏或正向偏压小于Von,导通 ：二极管正向偏压大于Von,二极管的模型,应用二极管模型分析,限幅电路,限幅： 限制输出信号的幅度。,二极管门电路,正偏：二极导
8、通压降为零,反偏：二极管截止电流为零,二极管相当理想开关,理想二极管模型,整流电路,整流： 交流电转换成单方向直流电的过程。,采用理想二极管模型,单相半波整流,参数计算,输出直流电压平均值,输出直流电流平均值,二极管承受平均电流,二极管承受最大反压,全波整流电路,图解法,（用作图的方法完成分析）,器件自身的伏安特性图 外电路（除器件外）的伏安特性图,优点：直观、简单 缺点：不精确,稳压管的主要参数,稳定电压Vz,动态电阻 rd,最大允许耗散功率PZmax,稳定电压的温度系数,1.2.3 特种二极管1.1.3 稳压二极管的伏安特性及其模型,稳压二极管,例：确定限流电阻并检验稳压管能否正常工作,根
9、据正常工作要求计算R,检验负载开路时稳压管的工作,由磷砷化镓(GaAsP)、磷化镓(GaP)等半导体做成的PN结正偏工作时， 多子大量复合，释放出能量，其中一部分能量会变为光能，使半导体发光；,发光二极管的电路符号：,光谱范围窄，光的波长与所用材料有关；,伏安特性与一般二极管相似， 但开启电压可达1.32.4V，反压一般大于3伏 ；,发光亮度与正向电流（毫安级）成正比 ；,具功耗小，易于和IC相匹配，驱动简单， 响应时间快(启亮或熄灭仅需几个ns)、寿命长，耐冲击等优点 。,发光二极管,正常应用： 光电二极管工作在 反向偏置状态 ；,无光照时只有很小的 反向饱和电流Is， 称为暗电流 ；,有光照射时，光电二极管受光激发，产生大量电子空穴对， 形成较大的光生电流，且随光照强度的增加而增大 ；,特性要求:,很好的线性性；,同时IS又要较大。,光电二极管,正常应用： 变容二极管工作在反向偏置状态；,改变反向偏压， 即可改变其等效电容的大小 ；,变容二极管的电容很小， 一般为PF数量级，常用于高频电路。,变容二极管,内部有一个金属结面；,显著特点 :,导通电压（Von）很低，仅为0.3V ；,导通时存贮的非平衡少数载流子数量很少， 关断时间很短，工作频率高。,电路符号：,肖特基二极管,
